Методы изобретательного творчества. Методы изобретательства Синтетическая стадия работы над изобретением
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Терминология развивающейся техники. Основные методы и приемы творческого труда. Виды операций при создании технических объектов, принятием идеальных технических решений. Метод контрольных вопросов. Порядок подготовки технического задания для объекта.
контрольная работа , добавлен 06.02.2011
Характеристика технического творчества как важной сферы интеллектуальной деятельности человека. Классификация методов поиска новых технических решений. Анализ списка вопросов по А. Осборну для изобретателя. Сущность идеального технического решения.
контрольная работа , добавлен 26.03.2015
История возникновения и развития технологии напыления, ее современные методы, преимущества, недостатки. Классификация процессов газотермического напыления покрытий. Основные виды установок напыления. Схема универсальной установки газопламенного напыления.
курсовая работа , добавлен 17.10.2013
Достоинства и недостатки сжигания промышленных отходов в многоподовой, барабанной печи и в американской установке надслоевого горения. Низкотемпературная и бароденструкционная технология утилизации резиносодержащих промышленных и бытовых отходов.
контрольная работа , добавлен 23.09.2009
История дисциплины "Техническая диагностика". Теоретические принципы технической диагностики. Установление признаков дефектов технических объектов. Методы и средства обнаружения и поиска дефектов. Направления развития методов и средств диагностики.
реферат , добавлен 29.09.2008
Разновидности методов получения деталей. Прокатка как один из способов обработки металлов и металлических сплавов методами пластической деформации. Определение, описание процесса волочения, прессования, ковки, штамповки. Достоинства, недостатки методов.
контрольная работа , добавлен 11.11.2009
Проектирование приспособления для контроля неперпендикулярности пазов рычага к оси отверстия. Разновидности установок и габаритов. Универсально-безналадочные приспособления: достоинства и недостатки. Последовательность разработки приспособления.
контрольная работа , добавлен 15.08.2010
Метод проб и ошибок
Один из распространенных и древнейших методов изобретательства и поиска новых технических решений - метод проб и ошибок. Этот метод случайного поиска вариантов не содержит никаких правил генерирования и оценки идей. Ключом к решению задачи может быть любая идея, пришедшая в голову разработчика по счастливой случайности или интуитивно. Если в результате оценки этой идеи она признается неудачной, то взамен ее выдвигается очередная новая идея, и все многократно повторяется, пока не будет найдено какое-то приемлемое решение. Очевидно, что путь к идеальному техническому решению данным методом - долог, или, как сейчас говорят, трудоемок и малопроизводителен.
Тем не менее, даже крупные изобретатели и ученые успешно пользовались этим методом и добивались больших успехов. Одним из выдающихся пользователей метода проб и ошибок был известный американский изобретатель и предприниматель Томас Эдисон, кстати говоря, являвшийся почетным иностранным членом Академии наук СССР. Бесконечный рой идей постоянно вился в голове этого человека. В Соединенных Штатах Америки Эдисон получил 1098 патентов и около 3000 еще в 34 странах мира.
Метод проб и ошибок целесообразно применять при решении задач с небольшим (не более 20) количеством вариантов (переборов), однако при решении задач большой сложности он становится неэффективным.
Метод и списки контрольных вопросов
Впервые использование метода контрольных вопросов для поиска новых идей и наилучших конструкторско-технологических решений было предложено и осуществлено руководителем изобретательского бюро в Кембридже (Англия) в 1955 г. Тимом Эйлоартом. Дальнейшее развитие этого метода нашло отражение в оригинальном списке контрольных вопросов А. Осборна, в правилах М.Тринга и Э.Лейтуэйта, в перечне вопросов и советов Д.Пойа и других авторов. Метод контрольных вопросов основан на применении так называемых «списков контрольных вопросов», представляющих собой эвристики, в состав которых включены наводящие вопросы, указания-советы, подсказки, частичные разъяснения.
Список контрольных вопросов для изобретателей и разработчиков новых технических объектов содержит в себе следующие позиции:
1. Перечислите все качества и определения предполагаемого изобретения, укажите, в какую сторону их предполагается изменить.
2. Четко сформулируйте задачи создания объекта, выделив среди них главные и второстепенные.
3. Перечислите основные принципы и недостатки известных решений рассматриваемой задачи, сформулируйте свои предложения по их устранению.
4. Выскажите и запишите различные, пусть даже фантастические, аналогии (химические, биологические, экономические и т. п.).
5. Постройте какие-то модели объекта: математические, гидравлические, механические, электронные и т. п., поскольку модели наиболее точно выражают идеи, нежели аналогии.
6. Попробуйте применить для усовершенствования объекта другие виды материалов, энергии, другие физические, химические и иные эффекты.
7. Попытайтесь установить зависимости, взаимные связи и логические совпадения.
8. Узнайте мнение по разрешению главной задачи у людей, совершенно не осведомленных в данной проблеме.
9. Устройте свободное групповое обсуждение проблемы, выслушивая любые идеи без критики.
10. Попробуйте использовать «национальные» подходы к решению задач: хитрое шотландское, расточительное американское, сложное китайское, всеобъемлющее немецкое и т. п.
11. Постарайтесь быть всегда с проблемой, не расставаясь с ней не только на работе, но и в поездке, на прогулке, в игре.
12. Надо постараться погрузиться в обстановку, стимулирующую творчество: побывать в техническом музее, в антикварном магазине, просмотреть журналы, комиксы.
13. Составьте сопоставительные таблицы типов материалов, геометрических параметров и других величин объекта и его элементов, а также их цен для разных вариантов решения проблемы.
14. Определите идеальные конечные результаты по разработке объекта.
15. Попробуйте видоизменить решение поставленной проблемы во времени, а также за счет изменения свойств и параметров объекта.
16. Попытайтесь в воображении «залезть» внутрь объекта и рассмотреть его изнутри.
17. Выявите и исключите из дальнейшего обсуждения альтернативные варианты решения проблемы, уводящие в сторону от траектории поиска наилучшего решения.
18. Попытайтесь выявить, кого и почему интересует решаемая проблема.
19. Выявите, кто первым и когда придумал аналогичный технический объект, были ли ложные попытки его усовершенствования.
20. Кто еще решал аналогичную проблему и чего он добился?
21. Выявите пограничные условия изготовления и применения объекта.
Метод морфологического анализа
Термин «морфология» (учение о форме) впервые использовал Иоганн Вольфганг Гете - немецкий мыслитель, естествоиспытатель и всемирно известный писатель, поэт. Он был основоположником морфологии организмов - учения о форме и строении растений и животных.
Автором метода морфологического анализа является швейцарский астроном Ф. Цвикки, который не дал развернутого определения этому понятию, а лишь указал, что этот метод позволяет находить все варианты решения проблемы. Рассмотрим, как и в какой последовательности осуществляется поиск новых технических решений по правилам, предложенным Ф. Цвикки. При этом все этапы морфологического анализа будем иллюстрировать примерами поиска технических решений создания нового автомобиля-вездехода.
На первом этапе дается точная и полная формулировка поставленной задачи. В частности, выдвигаются следующие требования потребителя к автомобилю-вездеходу:
Он должен передвигаться по сложной пересеченной местности (по твердому и сыпучему грунту, по воде, льду) в любое время года и суток;
Он должен перевозить грузы и людей в комфортных условиях, а значит - должен быть защищен от внешней среды и оборудован соответствующими средствами жизнеобеспечения;
Он должен быть управляемым и обеспечить передвижение в любых направлениях со скоростями и ускорениями в заранее заданных диапазонах.
На втором этапе формулируются основные морфологические признаки технического объекта (функциональные узлы, параметры), исходя из закономерностей его строения.
В рассматриваемом примере за морфологические признаки автомобиля-вездехода могут быть приняты:
1. Способы перемещения вездехода по земной поверхности.
2.Принципы осуществления движения.
3.Виды преобразователей энергии в движение.
4.Типы источников энергии.
5.Виды систем управления вездеходом.
6.Типы систем жизнеобеспечения.
7. Варианты систем ориентации.
На третьем этапе производится независимое рассмотрение всех морфологических признаков; для каждого из них намечаются все мыслимо возможные варианты решения проблемы.
Четвертый этап: составление многомерной матрицы, в которой каждому морфологическому признаку соответствует графа возможных вариантов решения задачи.
Пятый этап: анализ и оценка всех без исключения вариантов решения задачи с позиций наилучшего выполнения техническим объектом сформулированных для него потребительских целей и технических функций. При этом большинство из обсуждаемых вариантов оказываются неперспективными и неприемлемыми по тем или иным причинам и исключаются из дальнейшего рассмотрения.
На последнем, 6-м этапе производится выбор одного или нескольких синтезированных вариантов решения задачи, которые могут оказаться перспективными для практической реализации.
Метод функционально-стоимостного анализа
В инженерной и изобретательской практике технически развитых стран мира, начиная с 60-х г. XIX в., получил распространение новый подход к снижению стоимости и к повышению качества технических изделий. Этот подход получил название функционально-стоимостного анализа (ФСА).
Используются два подхода к снижению себестоимости изготовления и эксплуатации технических изделий: предметный и функциональный. При традиционном предметном подходе разработчик рассматривает объект как реальную целостную конструкцию. При функциональном же подходе разработчик полностью абстрагируется от реальной конструкции объекта и сосредотачивает внимание на ее функциях. Такой подход изменяет и направление поиска путей снижения себестоимости изготовления и эксплуатации технического объекта. Четко определив и сформулировав все функции анализируемого объекта и их количественные характеристики, разработчик выясняет: насколько важны и необходимы те или иные функции, которыми обладает прототип? Можно ли избавиться от некоторых «излишних» функций без ущерба для общей потребительской ценности объекта? Какие характеристики и параметры элементов объекта можно изменить для снижения себестоимости?
Процесс проведения ФСА состоит из следующих поэтапно выполняемых видов работ:
1. Подготовительный этап , на котором производится выбор технического объекта, определяются цели и задачи ФСА, формируется группа разработчиков проекта создания нового или усовершенствования существующего объекта.
2. Информационно-аналитическая работа . На этом этапе осуществляется сбор и анализ информации по конструкторско-технологическим решениям прототипа то, по условиям его работы, по конструктивным и эксплуатационным недостаткам, по затратам на его изготовление и обслуживание. Составляется список основных показателей и требований к техническому объекту, определяются критерии его развития. Разрабатывается конструктивная функциональная структура то. Производится классификация и анализ функций элементов то, определяются и попарно сравниваются стоимости функций, выявляются функциональные зоны наибольшего сосредоточения затрат. На основе проведенного анализа формулируется задача поиска более рациональных, оптимальных (по себестоимости) конструкторско-технологических решений.
3. Поисково-исследовательскиuй этап . Это один из творческих и доминирующих этапов работы, на который затрачивается до 50% времени от суммарного времени на выполнение проекта. Здесь исследуется каждая функция то на предмет: нужна ли она, нельзя ли переложить эту функцию на другой элемент то, можно ли объединить функции, можно ли упростить, удешевить или стандартизировать те или иные элементы то. На этом этапе основным инструментарием поисково-исследовательской деятельности разработчиков являются типовые приемы разрешения технических противоречий, эвристические методы и приемы поиска новых идей и рациональных конструкторско-технологических решений. Финалом этого этапа является оформление результатов в виде технического предложения и эскизного проекта.
4. Разработка и внедрение результатов ФСА . На этом этапе производится (в ряде случаев с привлечением опытных экспертов) отбор наиболее эффективных и перспективных вариантов конструирования технических объектов, определение технологичности и экономичности их изготовления, формируются рекомендации по их внедрению.
Методы изобретательского творчества
Стоит сказать, что для начинающих создателей изобретений очень важно знать апробированные, проверенные практикой методы изобретательского творчества . По оценкам специалистов, в настоящее время разработано свыше пятидесяти, а с учетом частных методик - несколько сотен методов поиска решений творческих задач. Эти методы ориентированы на развитие как логического мышления, так и интуиции. Из множества методов поиска новых оригинальных решений практических задач выделим наиболее известные.
Метод проб и ошибок , называемый иногда ʼʼслепым переборомʼʼ. Этот метод использовал в своей изобретательской практике величайший математик и механик Древней Греции Архимед . Его изобретения вызывают уважение ученых и сегодня. Среди них - зажигательные зеркала, блоки для подъема тяжестей, работающие с использованием ʼʼархимедова винтаʼʼ водоподъемные машины, военные метательные машины и т.д. Архимед предложил в своих работах создание новых технических объектов путем комбинации 14 известных элементов. Некоторые из множества таких комбинаций стали затем изобретениями и были использованы для решения практических задач в различных отраслях. Впоследствии человечество предпринимало неоднократно попытки усовершенствовать данный метод. Известный писатель и изобретатель Н. Петрович в этой связи справедливо указывает : ʼʼВ случае если бы мы задались целью последовательно, начиная со времен Архимеда и кончая нашим просвещенным ХХ веком, проследить и описать все попытки создать методику изобретательства, то получилась бы энциклопедия из многих томов. Ее смело можно было озаглавить ʼʼМалоуспешное единоборство разума с методом проб и ошибок за две тысячи летʼʼ.
Выдающийся американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847- 1931), автор 1099 изобретений, работал над изобретениями, разделяя техническую проблему на ряд конкретных задач и по каждой из них одновременно организуя поиск наиболее удачного решения путем проверки многочисленных возможных вариантов. Бесспорный изобретательский талант Эдисона и реализация им в техническом творчестве методики проб и ошибок привели к созданию целого ряда выдающихся технических новшеств. При этом над одним изобретением, по признанию самого Эдисона, приходилось трудиться в среднем до семи лет.
Метод контрольных вопросов. Решение изобретательских задач упомянутым выше методом проб и ошибок требует рассмотрения всевозможных вариантов, число которых при достаточно сложных задачах достигает значительной величины. К примеру, для изобретения щелочного аккумулятора Эдисону пришлось поставить 50 тыс. опытов. Чтобы как-то упорядочить, сделать более осмысленным и целенаправленным рассмотрение вариантов, составляются списки наводящих, ʼʼподсказывающихʼʼ вопросов. В этом суть метода контрольных вопросов. Он получил распространение в 20-30-е годы ХХ века. Широко известен список А.Ф. Осборна (США), состоящий из девяти групп вопросов: ʼʼЧто можно в техническом объекте уменьшить?ʼʼ, ʼʼЧто можно в техническом объекте перевернуть?ʼʼ и т.д. В каждой группе имеются подвопросы типа: можно ли что-нибудь укоротить, сузить, сжать и т.д. .
Определенный интерес представляет следующий список-памятка, составленный английским изобретателем Т. Эйлоартом (цит. по ):
1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.
2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.
3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предположения.
4. Набросать фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии.
5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналогии).
6. Попробовать различные виды материалов и виды энергии: газ, жидкость, твердое тело, гель, пену, пасту и др.; магнитную и электрическую энергии, тепло, свет, силу удара и т.д.; различные длины волн, поверхностные свойства и т.п.; переходные состояния - замерзание, конденсация, переход через точку Кюри и т.д.
7. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.
8. Узнать мнение некоторых совершенно не осведомленных в данном вопросе людей.
9. Устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая всех и каждую идею без критики.
10. Попробовать ʼʼнациональныеʼʼ решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.
11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.
12. Побродить в стимулирующей обстановке (свалки лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), просмотреть журналы, комиксы.
13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д. для разных решений проблемы или разных ее частей; искать пробелы в решениях или новые комбинации.
14. Определив идеальное решение, разрабатывать возможные элементы.
15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т.п.
16. В воображении залезть внутрь механизма.
17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и таким образом создают нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.
18. Чья это проблема? Почему его?
19. Кто придумал это первым? История вопроса. Какие толкования этой проблемы имели место?
20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?
21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.
Эти и подобные им списки, как правило, указывают только, что нужно делать, но не объясняют, как это сделать.
Метод контрольных вопросов дает возможность в какой-то мере ʼʼоторватьсяʼʼ от привычных, устоявшихся представлений о предмете, помогает преодолеть или уменьшить психологическую инерцию, изменить направление поиска.
Метод аналогий с живой природой . Суть метода ясна из названия. Умозаключение по аналогии, как известно, состоит в переносе знания, полученного в результате анализа какого-либо объекта͵ на менее изученный, сходный по существенным свойствам и качествам объект. Подобные умозаключения являются одним из источников научных гипотез. Попытки ʼʼподсмотретьʼʼ в живой природе рациональные решения своих проблем предпринимались на протяжении всей истории человечества. Среди первых, о ком история сохранила достаточно подробные сведения, следует назвать Леонардо да Винчи. Он известен не только как художник, автор ʼʼулыбки Моны Лизы (Джоконды)ʼʼ, но и как крупнейший изобретатель, использующий метод аналогий. Им созданы проекты летательных аппаратов, геликоптера по аналогии с винтом Архимеда, двухверетенной самопрялки, цепных передач, шарикового подшипника, маятниковых часов, надувного спасательного круга, водолазного скафандра и т.д. .
Поиск аналогий в деятельности живого организма и функционировании технических систем привлекало ученых во все времена. Так, сердце человека рассматривали как хорошо работающий механический насос. Век электричества породил аналогию процессов, протекающих в нервной системе, с теми, которые реализуются в электрических цепях. Сегодня одной из наиболее популярных аналогий является ʼʼкомпьютерная метафораʼʼ. Ее смысл состоит в отношении к естественному интеллекту как к вычислительному устройству. Многие стороны интеллекта рассматриваются по аналогии со свойствами компьютеров (долговременная и оперативная память, процедурное и декларативное представление знаний и т. д.), которые известны проектировщикам ЭВМ и программистам. Эта метафора привела к созданию новой области психологических исследований интеллекта - когнитивной психологии .
В творчестве используются аналогии различных типов (функциональная, структурная, субстратная аналогии; аналогии отношений, внешней формы). Изобретательская практика свидетельствует о том, что чем отдаленнее области, между которыми проводят аналогии, тем более неожиданный, оригинальный результат должна быть получен при решении задачи. Следует иметь в виду, что самые сложные проблемы всегда имеют простые, ясные для понимания, неправильные решения, в связи с этим умозаключения, сделанные по аналогии с конкретными объектами, носят, как правило, лишь правдоподобный характер и требуют последующей тщательной проверки и технического обоснования.
В техническом творчестве аналогии выполняют еще одну роль - их удобно использовать для выявления тенденций развития технических объектов, общественных и личных потребностей и технических средств, создаваемых для их удовлетворения.
Методы использования случайностей. В истории науки и техники немало примеров, когда случайность помогала сделать серьезное открытие или изобретение. Кроме общеизвестных легенд об Архимеде и Ньютоне, имеются некоторые более достоверные случаи. Широко известна история открытия радиоактивности французским физиком А.А. Беккерелем в результате того, что он нечаянно проявил неэкспонированную фотопластинку, находившуюся рядом с урановой солью. Химик Фальберг после лабораторных опытов забыл вымыть руки перед тем, как сесть за обеденный стол. Ощутив, что почему-то все блюда сладкие, он связал это с обнаруженными на руках следами только что полученного вещества. В результате исследования этого вещества ученый открыл сахарин. Случайно опрокинутая на гусиное перо перекись водорода помогла Ричардсону изобрести способ обесцвечивания волос. Изобретением способа химической чистки ткани Мариле был обязан случайно упавшему в бочку со скипидаром загрязненному костюму рабочего. Такие примеры можно было бы продолжать и дальше. При этом, как справедливо указывал французский ученый Луи Пастер, ʼʼНе всякому помогает случай; судьба одаряет только подготовленные умыʼʼ. Известное ʼʼяблоко Ньютонаʼʼ смогло появиться лишь в результате двадцатилетнего труда ученого. По этой причине вряд ли можно назвать благоразумным пассивное ожидание случайных результатов, ошибок и т.п.
Подвидами этого метода являются метод фокальных объектов метод и метода гирлянд случайностей и ассоциаций.
Метод фокальных объектов предложен американцем Ч.С.Вайтингом. Название метода происходит от слова ʼʼфокусʼʼ (означающего в оптике точку, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок световых лучей) и означает, что в данном случае имеется в виду концентрация внимания на каком-то объекте.
В соответствии с этим методом, решение технической задачи осуществляется посредством выполнения ряда последовательных шагов:
¨ определения фокального объекта͵ ᴛ.ᴇ. объекта͵ на который направлено наше внимание;
¨ выбора случайных объектов (от двух до шести);
¨ составления ведомости выбранных объектов и всех их признаков;
¨ генерирования идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайно выбранных объектов;
¨ развития первоначальных идей и генерирование новых путем свободных ассоциаций (фиксируются объекты, которые непроизвольно вспоминаются после данного объекта͵ затем - после нового и т.д.) по всем признакам случайно выбранных объектов. Объединение фокального объекта последовательно с каждым элементом полученного ряда ассоциаций приводит к новым идеям;
¨ оценки и выбор полезных решений.
Метод гирлянд случайностей и ассоциаций, предложенный рижским инженером Г.Я. Бушем, предусматривает следующие поведенческие рекомендации при решении каких-то сложных задач, когда кажется, что они неразрешимы вообще :
1) не нужно падать духом, следует помнить, что, в случае если задача не противоречит физическим законам, она обязательно будет иметь решение, в случае если не на данном этапе, то в будущем;
2) нужно искать пути выхода из возникшего тупика, среди которых предлагаются следующие:
2.1.изменить уровень задач. К примеру, вместо усовершенствования устройства нужно искать новый принцип его конструирования;
2.2.преобразовать задачу в двухступенчатую, предусматривающую решение сначала простой ее части, которая выполнит роль подсказки для решения основной задачи изобретения;
2.3.поставить вспомогательный вопрос для выяснения возможных решений задачи при изменении параметров объекта;
2.4.рассмотреть инвертированную (ᴛ.ᴇ. обратную) задачу;
2.5.привлечь принципы решения, существующие в других отраслях, казалось бы, вообще далеких от рассматриваемой;
2.6.организовать коллективное генерирование идей, ᴛ.ᴇ. мозговой штурм;
2.7.временно прекратить поиск путей решения. Это создает возможность взглянуть через какое-то время на задачу с новых позиций.
Морфологический метод. Суть его состоит в проведении морфологического анализа, ᴛ.ᴇ. в исследовании структурных связей и взаимоотношений между предметами, явлениями, идеями. При этом вначале выявляются всевозможные взаимоотношения, независимо от их ценности. Метод, позволяющий за короткое время создать большое число оригинальных технических объектов, предложен в 1942 ᴦ. швейцарским ученым-астрономом Ф. Цвикки.
На базе морфологического подхода разработано целое семейство методов практического решения изобретательских задач, и один из них - метод морфологического ящика . В соответствии с этим методом, поиск решений технических задач состоит из нескольких этапов:
¨ точной формулировки изобретательской задачи;
¨ расчленения объекта (процесса, проблемы) на основные функциональные узлы (параметры);
¨ последовательного независимого рассмотрения всех узлов (параметров) и выбора для них всех возможных решений;
¨ составления многомерной таблицы (ʼʼморфологического ящикаʼʼ), которая бы вмещала все варианты решения задачи. Каждому функциональному узлу (параметру) в таблице соответствует определенная графа (ʼʼосьʼʼ), где перечисляются все возможные (с точки зрения изобретателя) варианты его решения. В случае двух осей таблица имеет наиболее простой вид (обычная двумерная); при наличии n осей - n -мерный ящик;
¨ анализа и оценки всех без исключения возможных решений с позиций оптимального достижения поставленной цели (обычно - функции, которую должно выполнять устройство);
¨ отбора одного или нескольких наилучших вариантов для практического использования. В сложных ситуациях само использование также нуждается в морфологическом анализе.
В случае если параметров (характеристик) больше, то для каждого из них берется вертикальная ось, на которую наносят все возможные альтернативы (варианты), а затем каждую из них последовательно рассматривают совместно со всеми другими альтернативами.
Метод эффективен лишь для решения простых задач. В случае сложных задач крайне важно рассматривать множество комбинаций. Так, пользуясь данным методом для прогнозирования только одного типа реактивных двигателей, Ф. Цвикки получил (при наличии 11 осей) 36 864 комбинации. Ему удалось создать несколько реактивных двигателей, которые базировались на новых принципах.
Метод мозговой атаки (или ʼʼмозгового штурмаʼʼ). Предложенный американским психологом А.Ф. Осборном метод возник как попытка устранить одну из наиболее серьезных помех творческому мышлению - боязни критики выдвигаемых идей. В целях устранения этой помехи метод предполагает выдвижение и анализ любых идей (в том числе самых фантастических, явно ошибочных, шуточных), так как они могут стимулировать появление более ценных изобретений. Тем самым снимается запрет на критику. То, что такой подход эффективен, показывает следующий пример.
Во время второй мировой войны транспортное судно под командой морского офицера А.Ф. Осборна без надлежащего сопровождения военных кораблей перевозило груз в Европу. Получив радиограмму о возможном нападении на судно немецких подводных лодок, А.Ф. Осборн предложил членам команды высказать соображения о том, как противостоять надвигающейся опасности. Один из матросов предложил выстроить команду вдоль борта͵ к которому будет приближаться торпеда, и дружным дутьем ʼʼотдутьʼʼ торпеду в сторону. Впоследствии оснастка судна вентилятором, создающим мощный направленный поток воды, в действительности спасла атакованное судно от торпеды, которую в действительности удалось ʼʼотдутьʼʼ. Сегодня это техническое решение, разумеется, уже устарело. При этом метод приобрел широчайшую популярность при поиске решений в неопределенных ситуациях. Это не случайно. Осборн интуитивно ʼʼуловилʼʼ механизм работы мозга, распределение функций генерации и анализа идей. Реализация абсурдной на первый взгляд идеи и явилась основанием для разработки метода мозговой атаки (цит. по ).
А.Ф. Осборн, создавая метод, основывался на том, что у одних людей ярче выражены способности к выдвижению идей, а у других - к их анализу, критическому осмыслению. Чтобы они, выполняя работу совместно, не мешали друг другу, было предложено разделить участников поиска решения технической задачи на две группы, к примеру, ʼʼфантазеровʼʼ и ʼʼкритиковʼʼ (ʼʼгенераторов идейʼʼ и ʼʼаналитиковʼʼ).
В задачу ʼʼфантазеровʼʼ входит только выдвижение идей. Обстановка должна быть доброжелательной, способствующей смелому предложению любых идей. При этом запрещена не только словесная критика, но и любые жесты, иронические улыбки и т.п. В составе ʼʼфантазеровʼʼ (5 - 10 чел.) должны быть люди разных специальностей с различным уровнем образования, квалификации, могущие за короткое время (от 15 мин до 1 ч) предложить несколько десятков идей. При этом должны учитываться не только самостоятельные новые идеи, но и попытки усовершенствовать или комбинировать только что предложенные. Несомненно, что в группе должен быть руководитель, способный в ходе коллективной мозговой атаки обеспечивать широкий разброс мнений и умеющий незаметно поворачивать процесс генерирования идей в нужное русло. На предварительном этапе организатор обеспечивает четкую формулировку задачи, а также подбор двух групп участников: ʼʼгенераторов идейʼʼ и ʼʼаналитиковʼʼ. ʼʼМозговой штурмʼʼ обычно продолжается 1,5-2 ч.
При решении проблемы обе группы должны дать ответ на вопросы: 1) чем должна завершиться выработка и 2) что препятствует получению желаемого. Функции этих двух групп различаются: ʼʼгенераторыʼʼ должны высказать возможно большее число идей решения, тогда как ʼʼаналитикиʼʼ выделяют из этого потока идеи, перспективные для последующей проработки. Обязательным условием реализации метода является категорический запрет любых суждений относительно генерируемых идей, как благоприятных, так и критических. Иногда откровенно неудачные на первый взгляд идеи приводят к перспективным решениям. Успех ʼʼмозгового штурмаʼʼ чаще всего определяется правильным подбором участников и обеспечением творческой атмосферы при его проведении.
После завершения ʼʼштурмаʼʼ участники коллективно редактируют список наработанных идей. На этом этапе уже возможно ʼʼполукритическоеʼʼ отношение к ним и расширение списка новыми идеями, возникшими в процессе редактирования. Практика показывает высокую эффективность метода: при индивидуальной работе несколько человек за 15-30 мин в сумме предлагают 10-20 идей, тогда как такая же по численности группа, принимающая участие в мозговом штурме, за то же время способна генерировать от 50 до 150 идей.
Выделенные идеи передаются группе экспертов, которые вначале разделяют их на осуществимые и неосуществимые (при данном уровне развития техники), а затем выбирают наиболее приемлемые. При этом ведется тщательный поиск ʼʼрационального зернаʼʼ в каждой выдвинутой идее.
Метод ʼʼмозгового штурмаʼʼ успешно применяется в области управления, бизнеса, экономики и др.
Размещено на реф.рф
Не утратил он значения и для коллективного решения изобретательских задач в различных областях техники, и в процессе обучения (для тренинга начинающих изобретателей). Существуют много разновидностей мозговой атаки: ʼʼмассовая мозговая атакаʼʼ, метод ʼʼконференции идейʼʼ и др.
Родственным этому методу являетсяметод синектики, или ʼʼобъединения разнородных элементовʼʼ , предложенный американским ученым В. Гордоном в 50-х годах XIX в. . Творческие синектические группы (5-7 чел.) создаются из представителей разных профессий или научных дисциплин, людей разного возраста͵ образования, различной квалификации и т.п. В корне синектики лежит мозговая атака, однако проводится она постоянными группами, которые, овладевая специальными приемами и накапливая опыт, работают более эффективно, чем случайно собранные люди. Организация технического творчества по методу синектики реализуется в 4 этапа:
1. Подбор группы специалистов - ʼʼсинекторовʼʼ.
2. Освоение практики использования аналогий при решении различных технических задач.
3. Анализ проблемы и поиск ее решения.
4. Оценка результатов решения проблемы, их оптимизация и реализация.
На первом этапе подбирают группу специалистов в возрасте 25-40 лет, которые на своем жизненном пути хотя бы раз меняли свою профессию. В качестве критериев отбора используются профессия, образование, гибкость мышления, диапазон знаний и практических навыков, контрастность психологических типов личности .
Во время второго этапа формируются в коллективе взаимопонимание, заинтересованность каждого участника в эффективном решении изобретательских задач, создаются предпосылки для ʼʼсинектическогоʼʼ мышления:
¨ умения отвлечься от частностей, выделять сущность задачи, абстрагироваться от привычного контекста͵ мысленно удаляться от предмета разработки;
¨ способности управлять процессом развития тривиальных идей;
¨ навыков повышенной терпимости к идеям других людей, готовность учитывать и развивать их;
¨ уверенности в успешном решении проблемы;
¨ умения обнаруживать в обычных явлениях нечто особенное и использовать выявленные оригинальные качества как стартовые для творческого воображения.
Для формирования такого мышления коллектив тренируется в использовании аналогий различных типов :
¨ прямых - разрабатываемый технический объект ʼʼсинекторʼʼ сопоставляет с похожими объектами из различных областей техники и естествознания;
¨ личных - ʼʼвживаниеʼʼ в образ объекта͵ отождествление ʼʼсинектораʼʼ самого себя с каким-либо элементом проблемной ситуации, исследуемым объектом или какой-то его частью, с целью проникнуть в суть его работы;
¨ символических - реализующихся при подборе метафор и сравнений, в которых характеристики одного предмета отождествляются со свойствами других;
¨ фантастических - позволяющих представлять вещи в виде, какими они не являются, но какими ʼʼсинекторʼʼ хотел бы их видеть.
На третьем этапе участники группы:
¨ знакомятся с формулировкой проблемы в той редакции, как ее представляет заказчик;
¨ выявляют очевидные (тривиальные) решения (которые вряд ли позволят создать что-то новое и оригинальное);
¨ ищут аналогии, превращающие необычное в привычное, при этом допускается игнорирование физических законов;
¨ устанавливаются главные трудности и противоречия, препятствующие решению проблемы.
Суть четвертого этапа составляет дискуссия, по итогам которой формулируются интересные идеи, которые доводятся до степени, достаточной для изготовления модели решения.
Вметоде ʼʼобратного мозгового штурмаʼʼ
при создании новаторского решения отталкиваются от перечня недостатков анализируемого объекта͵ который затем должен быть предельно критически рассмотрен. При этом перечень по возможности должен быть максимально полным. Объектом анализа служат конкретные изделия, технологии, их отдельные элементы и т.д. Метод широко используется для решения таких задач, как составление технических заданий на разработку объекта изобретения, проведение экспертизы проектно-конструкторской документации и др.
Размещено на реф.рф
Предметом коллективного обсуждения бывают: описание анализируемого объекта͵ анализ его известных недостатков, связанных с изготовлением, эксплуатацией, ремонтом, а также представление об идеальном конечном результате и о нежелательных недостатков.
При подборе участников в группу ʼʼгенераторовʼʼ дополнительно включают специалистов, обеспечивающих весь жизненный цикл объекта. Правила для участников обсуждения те же, что и при прямом ʼʼмозговом штурмеʼʼ. Результатом работы является список возможных противоречий и недостатков объекта͵ отредактированный ʼʼаналитикамиʼʼ. Поиск путей устранения недостатков и ограничений осуществляют прямым ʼʼмозговым штурмомʼʼ.
Выявленные недостатки служат основанием для постановки новых изобретательских задач. Поэтапная мозговая атака предусматривает последовательное решение проблемы от постановки задачи до внедрения.
Стратегия семикратного поиска. Сущность этого метода, разработанного Г.Я. Бушем, состоит в последовательном, системном и многократном применении различных таблиц, матриц, диаграмм, схем и т.п. Автор метода исходит из того, что эффективному одновременному рассмотрению, сравнению, изучению человек может подвергнуть до семи предметов, понятий, идей .
В методе различают стратегическую и тактическую части. Стратегия подразделяется на семь стадий:
1) анализ проблемной ситуации, общественных потребностей.
2) анализ функций аналогов и прототипа. Выявление оптимальных условий потребления и эксплуатации. Определение актуальных и главной функций.
3) постановка задачи. Формулировка задачи в общем виде, определение требуемого уровня решения и уровня качества технического объекта.
4) генерирование изобретательских идей, направленных на лучшее выполнение объектом его функционального назначения. Выбор и использование эвристических средств.
5) конкретизация идей (структура, конструкция, форма, материал, операции и их последовательность).
6) оценка альтернативы и выбор рациональных вариантов решения, отбор оптимального варианта.
7) упрощение, развитие и реализация решения.
Тактическая часть метода состоит из практических приемов, применяемых на разных стадиях процесса создания нового технического объекта.
Один из них - прием ʼʼсемь ключевых вопросовʼʼ. Как указывает Г.Я. Буш, еще римский оратор Квинтиллиан (I в. н.э.) определил семь вопросов, на которые крайне важно ответить, чтобы информация о событии, явлении, процессе, задаче была полной. К ним относятся следующие: кто? что? где? чем? зачем? как? когда? Эти вопросы направлены на получение информации соответственно о субъекте, объекте, месте, средствах, цели, методах и времени, относящихся к рассматриваемому явлению или событию.
Метод ступенчатого подхода основан на системном анализе причин, определяющих цели разработки, и препятствий на пути выработки конкретных решений. Его реализация должна быть представлена в виде следующей цепочки действий:
¨ определяется конечная цель решения задачи;
¨ выявляется основание для возникновения потребности в новом решении;
¨ находятся противоречия, которые вызывают крайне важно сть решения задачи;
¨ определение препятствий (или ограничений) на пути устранения выявленных противоречий;
¨ осуществляется поиск возможных средств для преодоления препятствий;
¨ строится модель задачи и проверка правильности решения.
Реализация метода способствует систематизации имеющейся информации и преобразованию найденной идеи в техническое решение.
Метод ʼʼматриц открытияʼʼ базируется на морфологическом анализе, но ориентирован, главным образом, на систематическое исследование приемлемого числа исполнения создаваемого объекта. По результатам анализа строится таблица, в строках которой записывают выбранные признаки объекта͵ а в столбцах - эвристические принципы их реализации. На пересечения ряда и столбца в каждую клетку записывают сведения о соответствующих возможных решениях. Реализацию этого метода затрудняет то, что использование в качестве показателей функциональных и конструктивных признаков объекта затрудняет выбор соответствующих эвристических приемов.
Метод функционального изобретательства , ᴛ.ᴇ. , выработка операций реализации технического объекта (физического преобразования, химического превращения и др.) и потребность, которая должна быть удовлетворена с помощью этого объекта. Реализация метода должна быть представлена как последовательность действий по определению функций отдельных элементов технического решения, выявления основной функции, поиска путей изменения последней, поиска методов реализации вспомогательных функций, которые необходимы для осуществления новой основной функции.
Метод функционального конструирования , предложенный Р. Коллером, основан на полном абстрагировании от конструктивных особенностей объекта. Внимание концентрируется на анализе функций, которые данный объект должен выполнять. При реализации уточняется основная функция объекта͵ которую представляют в виде совокупности элементарных парных (прямых и обратных) операций (излучение - поглощение, увеличение - уменьшение, соединение - разъединение, объединение - разделение и т.д.). Метод также предусматривает применение математических и логических операций. Выделение элементарных операций позволило осуществлять комбинаторный поиск их возможных носителей для воспроизведения базовых функций конструируемых объектов. Метод пригоден при автоматизированном поиске конструкций для реализации новых технических решений .
Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - это комплексная программа, основанная на законах развития технических систем и позволяющая проанализировать исходную задачу, построить ее модель, выявить противоречие, мешающее получению желаемого результата обычными (известными) путями, и найти наиболее эффективный прием разрешения этого противоречия. Сущность АРИЗ описана Г.С. Альтшуллером . Им же предложена классификация изобретательских задач, включающая пять уровней сложности:
1. Задачи, для решения которых достаточно применение средств (устройств, способов, веществ), которые используются по своему назначению. Сам объект не изменяется. В процессе решения достаточен ʼʼпереборʼʼ нескольких, вполне очевидных вариантов. Задача и средства ее решения обычно относятся к одной узкой сфере деятельности.
2. Задачи, в которых происходят некоторые изменения объекта и имеет место переход к отраслевому масштабу. Количество рассматриваемых вариантов решений возрастает до нескольких десятков.
3. Задачи, в которых предполагается значительное изменение объекта. Принципы решения чаще всего заимствуются из других областей техники.
4. Задачи, в которых объект изменяется полностью, а решения основаны на достижениях фундаментальной науки, прежде всего, в области физических и химических эффектов и явлений.
5. Задачи, в которых происходит изменение всей системы, в которую входит объект. Здесь средства решения чаще всего основаны на обширных экспериментальных данных (результаты сотен тысяч - миллионов опытов, собственных и описанных в литературе). Отправной точкой для решения задач этого уровня могут стать научные открытия. К примеру, решающее значение для становления передовых информационных технологий имели два открытия, сделанные в XX веке и отмеченные Нобелевскими премиями. Первое из них - лазерно-мазерный принцип, установленный Ч. Таунсом (США) и российскими физиками Н. Басовым и А. Прохоровым. Второе - интегральные схемы и полупроводниковые гетероструктуры для высокоскоростной и оптоэлектроники, разработанные интернациональным коллективом ученых: Д. Килби (США), Г. Кремером (ФРГ) и Ж. Алферовым (РФ) (цит. по ). Эти открытия создали предпосылки как для улучшения действия ранее существующих устройств, так и создания принципиально новых, которые сегодня широко используются в системах спутниковой связи и Интернета͵ мобильных телефонах и др.
Открытие принципов функционирования природных объектов вооружает изобретателей новыми средствами создания технических решений. Обобщение опыта создания технических решений изобретателями представлено в межотраслевом фонде эвристических приемов . Этот фонд ориентирован на различные области техники и содержит систематизированное обобщенное описание приемов, а также по 2-3 примера решения технических задач, активизирующих техническое творчество на стадии устранения главных недостатков и противоречий прототипа. Структура фонда включает 12 групп эвристических приемов (табл. 1 ).
Таблица 1 .
Методы изобретательского творчества - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Методы изобретательского творчества" 2017, 2018.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Краткая история методов изобретательства 1
Потребность в изобретательстве была всегда у человечества.
Эта книга о том, как сделать процесс изобретательства более простым, как развить творческое мышление.
Истоки изобретательства уходят своими корнями в глубокую древность. По-видимому, начало изобретательства положил процесс очеловечивания наших далеких предков. Для добычи пиши, и защиты сначала использовались окружающие предметы (камни, палки и т.д.) Первые "изобретатели" пользовались объектами, изготовленными природой. Поэтому первые "изобретения" были на применение известных в природе "устройств", веществ и способов по-новому назначению. Процесс изобретательства, в те далекие времена, заключался в наблюдении и удаче (случайности) нашего предка.
Так, "судоходство" скорее всего, началось с момента, когда человек заметил, что бревно, находящееся в воде, может поддерживать его на плаву. А судостроение ведет начало с изобретения первого плота.
"Считают, что история судостроения и судоходства насчитывает 6000 лет! При этом говорят об использовании человеком плота, имеют в виду уже плот, скрепленный из нескольких бревен. Применение же необработанных стволов, с сучьями и ветками, в качестве плавучего средства для поиска пищи или преодоления пространства началось, по-видимому, значительно раньше" . 2
Первые попытки создать методику творчества предпринимались еще в древней Греции. Назовем только наиболее известные имена: Демокрит из Абдера, Аристотель, Архимед Сиракузский. В дальнейшем работу продолжили римский поэт и философ Тит Лукреций Кар, английский философ Роджер Бэкон, испанский ученый Раймунд Лулий, английский философ и государственный деятель, лорд-канцлер Фрэнсис Бэкон, французский философ и математик Рене Декарт, нидерландский философ Бенедикт (Барух) Спиноза, немецкий философ, математик, физик Готфальд Вильгельм Лейбниц, чешский математик и философ Бернард Больцано, французский математик Жюль Анри Пуанкаре, российские ученые П.Энгельмейер, В.Бехтерев и А.Богданов.
Первые работоспособные методы активизации творческого процесса начали появляться в конце 20-х годов нашего столетия. К ним относятся метод фокальных объектов, предложенный немецким профессором Кунце и усовершенствованный в 50-х американским ученым Чарльзом Вайтингом; мозговая атака, предложенная в 1939 г американцем Алексом Осборном; морфологический анализ, предложенный в 1942 г швейцарским астрономом Фрицом Цвикки, синектика, разработанная американцем Уильямом Дж. Гордоном в 1952 году и др.
В дальнейшем стлали появляться другие методики творчества, например, метод Тагучи (Thought), QFD (Quality Function Deployment), "6 Сигма", TQM (Total Quality Management) и некоторые другие методы.
Все эти методы успешно изучаются и сегодня на различных курсах. Они достаточно просты, изучение их не занимает много времени, и они дают свои практические результаты.
Все эти методы интенсифицируют перебор вариантов, позволяя получить больше количество идей. Они все используют традиционный методе проб и ошибок, который редко или случайно приводит к изобретательским решениям.
Указанные методы не позволяют решать сложные изобретательские задачи.
Изобретательское решение получают Т.е. выявляется и устраняется первопричина проблемы. Тогда как при традиционном (шаблонном, рутинном) мышлении получают шаблонное решение , в котором всегда ищется компромисс . Т.е. пытаются незначительно улучшить одни параметры и невольно ухудшить другие.
Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) , разработана Генрихом Альтшуллером . Она предназначена для решения изобретательских задач и формирования изобретательского мышления.
Изобретательское мышление - это системное мышление, которое выявляет и разрешает противоречия, лежащие в глубине сложной проблемы (изобретательской задачи).
ТРИЗ позволяет не только решить сложные изобретательские задачи, но и прогнозировать развитие систем (в том числе технических), развить творческое мышление и многое другое, о чем Вы узнаете ниже.
ТРИЗ достаточно уникальна, постоянно развивается и усовершенствуется сотнями талантливых учеников Генриха Альтшуллера. Тысячи людей преподают ТРИЗ, а пользователей ТРИЗ на сегодня трудно сосчитать. Они имеются по всему миру. Как мы уже писали, создано ТРИЗ-движение.
Исходя из этого, маловероятно, что какая-то другая теория сможет соперничать с ТРИЗ.
Для начинающих создателей изобретений очень важно знать апробированные, проверенные практикой методы изобретательского творчества . По оценкам специалистов, в настоящее время разработано свыше пятидесяти, а с учетом частных методик - несколько сотен методов поиска решений творческих задач. Эти методы ориентированы на развитие как логического мышления, так и интуиции. Из множества методов поиска новых оригинальных решений практических задач выделим наиболее известные.
Метод проб и ошибок , называемый иногда «слепым перебором». Этот метод использовал в своей изобретательской практике величайший математик и механик Древней Греции Архимед . Его изобретения вызывают уважение ученых и сегодня. Среди них - зажигательные зеркала, блоки для подъема тяжестей, работающие с использованием «архимедова винта» водоподъемные машины, военные метательные машины и т.д. Архимед предложил в своих работах создание новых технических объектов путем комбинации 14 известных элементов. Некоторые из множества таких комбинаций стали затем изобретениями и были использованы для решения практических задач в различных отраслях. Впоследствии человечество предпринимало неоднократно попытки усовершенствовать этот метод. Известный писатель и изобретатель Н. Петрович в этой связи справедливо указывает : «Если бы мы задались целью последовательно, начиная со времен Архимеда и кончая нашим просвещенным ХХ веком, проследить и описать все попытки создать методику изобретательства, то получилась бы энциклопедия из многих томов. Ее смело можно было озаглавить «Малоуспешное единоборство разума с методом проб и ошибок за две тысячи лет».
Выдающийся американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847- 1931), автор 1099 изобретений, работал над изобретениями, разделяя техническую проблему на ряд конкретных задач и по каждой из них одновременно организуя поиск наиболее удачного решения путем проверки многочисленных возможных вариантов. Бесспорный изобретательский талант Эдисона и реализация им в техническом творчестве методики проб и ошибок привели к созданию целого ряда выдающихся технических новшеств. Однако над одним изобретением, по признанию самого Эдисона, приходилось трудиться в среднем до семи лет.
Метод контрольных вопросов. Решение изобретательских задач упомянутым выше методом проб и ошибок требует рассмотрения всевозможных вариантов, число которых при достаточно сложных задачах достигает значительной величины. Например, для изобретения щелочного аккумулятора Эдисону пришлось поставить 50 тыс. опытов. Чтобы как-то упорядочить, сделать более осмысленным и целенаправленным рассмотрение вариантов, составляются списки наводящих, «подсказывающих» вопросов. В этом суть метода контрольных вопросов. Он получил распространение в 20-30-е годы ХХ века. Широко известен список А.Ф. Осборна (США), состоящий из девяти групп вопросов: «Что можно в техническом объекте уменьшить?», «Что можно в техническом объекте перевернуть?» и т.д. В каждой группе имеются подвопросы типа: можно ли что-нибудь укоротить, сузить, сжать и т.д. .
Определенный интерес представляет следующий список-памятка, составленный английским изобретателем Т. Эйлоартом (цит. по ):
1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.
2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.
3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предположения.
4. Набросать фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии.
5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (модели точнее выражают идею, чем аналогии).
6. Попробовать различные виды материалов и виды энергии: газ, жидкость, твердое тело, гель, пену, пасту и др.; магнитную и электрическую энергии, тепло, свет, силу удара и т.д.; различные длины волн, поверхностные свойства и т.п.; переходные состояния - замерзание, конденсация, переход через точку Кюри и т.д.
7. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.
8. Узнать мнение некоторых совершенно не осведомленных в данном вопросе людей.
9. Устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая всех и каждую идею без критики.
10. Попробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.
11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.
12. Побродить в стимулирующей обстановке (свалки лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), просмотреть журналы, комиксы.
13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д. для разных решений проблемы или разных ее частей; искать пробелы в решениях или новые комбинации.
14. Определив идеальное решение, разрабатывать возможные элементы.
15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т.п.
16. В воображении залезть внутрь механизма.
17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и таким образом создают нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.
18. Чья это проблема? Почему его?
19. Кто придумал это первым? История вопроса. Какие толкования этой проблемы имели место?
20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?
21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.
Эти и подобные им списки, как правило, указывают только, что надо делать, но не объясняют, как это сделать.
Метод контрольных вопросов дает возможность в какой-то мере «оторваться» от привычных, устоявшихся представлений о предмете, помогает преодолеть или уменьшить психологическую инерцию, изменить направление поиска.
Метод аналогий с живой природой . Суть метода ясна из названия. Умозаключение по аналогии, как известно, состоит в переносе знания, полученного в результате анализа какого-либо объекта, на менее изученный, сходный по существенным свойствам и качествам объект. Подобные умозаключения являются одним из источников научных гипотез. Попытки «подсмотреть» в живой природе рациональные решения своих проблем предпринимались на протяжении всей истории человечества. Среди первых, о ком история сохранила достаточно подробные сведения, следует назвать Леонардо да Винчи. Он известен не только как художник, автор «улыбки Моны Лизы (Джоконды)», но и как крупнейший изобретатель, использующий метод аналогий. Им созданы проекты летательных аппаратов, геликоптера по аналогии с винтом Архимеда, двухверетенной самопрялки, цепных передач, шарикового подшипника, маятниковых часов, надувного спасательного круга, водолазного скафандра и т.д. .
Поиск аналогий в деятельности живого организма и функционировании технических систем привлекало ученых во все времена. Так, сердце человека рассматривали как хорошо работающий механический насос. Век электричества породил аналогию процессов, протекающих в нервной системе, с теми, которые реализуются в электрических цепях. Сегодня одной из наиболее популярных аналогий является «компьютерная метафора». Ее смысл состоит в отношении к естественному интеллекту как к вычислительному устройству. Многие стороны интеллекта рассматриваются по аналогии со свойствами компьютеров (долговременная и оперативная память, процедурное и декларативное представление знаний и т. д.), которые известны проектировщикам ЭВМ и программистам. Эта метафора привела к созданию новой области психологических исследований интеллекта - когнитивной психологии .
В творчестве используются аналогии различных типов (функциональная, структурная, субстратная аналогии; аналогии отношений, внешней формы). Изобретательская практика свидетельствует о том, что чем отдаленнее области, между которыми проводят аналогии, тем более неожиданный, оригинальный результат может быть получен при решении задачи. Следует иметь в виду, что самые сложные проблемы всегда имеют простые, ясные для понимания, неправильные решения, поэтому умозаключения, сделанные по аналогии с конкретными объектами, носят, как правило, лишь правдоподобный характер и требуют последующей тщательной проверки и технического обоснования.
В техническом творчестве аналогии выполняют еще одну роль - их удобно использовать для выявления тенденций развития технических объектов, общественных и личных потребностей и технических средств, создаваемых для их удовлетворения.
Методы использования случайностей. В истории науки и техники немало примеров, когда случайность помогала сделать серьезное открытие или изобретение. Кроме общеизвестных легенд об Архимеде и Ньютоне, имеются некоторые более достоверные случаи. Широко известна история открытия радиоактивности французским физиком А.А. Беккерелем в результате того, что он нечаянно проявил неэкспонированную фотопластинку, находившуюся рядом с урановой солью. Химик Фальберг после лабораторных опытов забыл вымыть руки перед тем, как сесть за обеденный стол. Ощутив, что почему-то все блюда сладкие, он связал это с обнаруженными на руках следами только что полученного вещества. В результате исследования этого вещества ученый открыл сахарин. Случайно опрокинутая на гусиное перо перекись водорода помогла Ричардсону изобрести способ обесцвечивания волос. Изобретением способа химической чистки ткани Мариле был обязан случайно упавшему в бочку со скипидаром загрязненному костюму рабочего. Такие примеры можно было бы продолжать и дальше. Однако, как справедливо отмечал французский ученый Луи Пастер, «Не всякому помогает случай; судьба одаряет только подготовленные умы». Известное «яблоко Ньютона» смогло появиться лишь в результате двадцатилетнего труда ученого. Поэтому вряд ли можно назвать благоразумным пассивное ожидание случайных результатов, ошибок и т.п.
Подвидами этого метода являются метод фокальных объектов метод и метода гирлянд случайностей и ассоциаций.
Метод фокальных объектов предложен американцем Ч.С.Вайтингом. Название метода происходит от слова «фокус» (означающего в оптике точку, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок световых лучей) и означает, что в данном случае имеется в виду концентрация внимания на каком-то объекте.
В соответствии с этим методом, решение технической задачи осуществляется посредством выполнения ряда последовательных шагов:
¨ определения фокального объекта, т.е. объекта, на который направлено наше внимание;
¨ выбора случайных объектов (от двух до шести);
¨ составления ведомости выбранных объектов и всех их признаков;
¨ генерирования идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайно выбранных объектов;
¨ развития первоначальных идей и генерирование новых путем свободных ассоциаций (фиксируются объекты, которые непроизвольно вспоминаются после данного объекта, затем - после нового и т.д.) по всем признакам случайно выбранных объектов. Объединение фокального объекта последовательно с каждым элементом полученного ряда ассоциаций приводит к новым идеям;
¨ оценки и выбор полезных решений.
Метод гирлянд случайностей и ассоциаций, предложенный рижским инженером Г.Я. Бушем, предусматривает следующие поведенческие рекомендации при решении каких-то сложных задач, когда кажется, что они неразрешимы вообще :
1) не надо падать духом, следует помнить, что, если задача не противоречит физическим законам, она обязательно будет иметь решение, если не на данном этапе, то в будущем;
2) надо искать пути выхода из возникшего тупика, среди которых предлагаются следующие:
2.1.изменить уровень задач. Например, вместо усовершенствования устройства надо искать новый принцип его конструирования;
2.2.преобразовать задачу в двухступенчатую, предусматривающую решение сначала простой ее части, которая выполнит роль подсказки для решения основной задачи изобретения;
2.3.поставить вспомогательный вопрос для выяснения возможных решений задачи при изменении параметров объекта;
2.4.рассмотреть инвертированную (т.е. обратную) задачу;
2.5.привлечь принципы решения, существующие в других отраслях, казалось бы, вообще далеких от рассматриваемой;
2.6.организовать коллективное генерирование идей, т.е. мозговой штурм;
2.7.временно прекратить поиск путей решения. Это создает возможность взглянуть через какое-то время на задачу с новых позиций.
Морфологический метод. Суть его состоит в проведении морфологического анализа, т.е. в исследовании структурных связей и взаимоотношений между предметами, явлениями, идеями. При этом вначале выявляются всевозможные взаимоотношения, независимо от их ценности. Метод, позволяющий за короткое время создать большое число оригинальных технических объектов, предложен в 1942 г. швейцарским ученым-астрономом Ф. Цвикки.
На основе морфологического подхода разработано целое семейство методов практического решения изобретательских задач, и один из них - метод морфологического ящика . В соответствии с этим методом, поиск решений технических задач состоит из нескольких этапов:
¨ точной формулировки изобретательской задачи;
¨ расчленения объекта (процесса, проблемы) на основные функциональные узлы (параметры);
¨ последовательного независимого рассмотрения всех узлов (параметров) и выбора для них всех возможных решений;
¨ составления многомерной таблицы («морфологического ящика»), которая бы вмещала все варианты решения задачи. Каждому функциональному узлу (параметру) в таблице соответствует определенная графа («ось»), где перечисляются все возможные (с точки зрения изобретателя) варианты его решения. В случае двух осей таблица имеет наиболее простой вид (обычная двумерная); при наличии n осей - n -мерный ящик;
¨ анализа и оценки всех без исключения возможных решений с позиций оптимального достижения поставленной цели (обычно - функции, которую должно выполнять устройство);
¨ отбора одного или нескольких наилучших вариантов для практического использования. В сложных ситуациях само использование также нуждается в морфологическом анализе.
Если параметров (характеристик) больше, то для каждого из них берется вертикальная ось, на которую наносят все возможные альтернативы (варианты), а затем каждую из них последовательно рассматривают совместно со всеми другими альтернативами.
Метод эффективен лишь для решения простых задач. В случае сложных задач необходимо рассматривать множество комбинаций. Так, пользуясь данным методом для прогнозирования только одного типа реактивных двигателей, Ф. Цвикки получил (при наличии 11 осей) 36 864 комбинации. Ему удалось создать несколько реактивных двигателей, которые базировались на новых принципах.
Метод мозговой атаки (или «мозгового штурма»). Предложенный американским психологом А.Ф. Осборном метод возник как попытка устранить одну из наиболее серьезных помех творческому мышлению - боязни критики выдвигаемых идей. В целях устранения этой помехи метод предполагает выдвижение и анализ любых идей (в том числе самых фантастических, явно ошибочных, шуточных), так как они могут стимулировать появление более ценных изобретений. Тем самым снимается запрет на критику. То, что такой подход эффективен, показывает следующий пример.
Во время второй мировой войны транспортное судно под командой морского офицера А.Ф. Осборна без надлежащего сопровождения военных кораблей перевозило груз в Европу. Получив радиограмму о возможном нападении на судно немецких подводных лодок, А.Ф. Осборн предложил членам команды высказать соображения о том, как противостоять надвигающейся опасности. Один из матросов предложил выстроить команду вдоль борта, к которому будет приближаться торпеда, и дружным дутьем «отдуть» торпеду в сторону. Впоследствии оснастка судна вентилятором, создающим мощный направленный поток воды, в действительности спасла атакованное судно от торпеды, которую в действительности удалось «отдуть». Сегодня это техническое решение, разумеется, уже устарело. Однако метод приобрел широчайшую популярность при поиске решений в неопределенных ситуациях. Это не случайно. Осборн интуитивно «уловил» механизм работы мозга, распределение функций генерации и анализа идей. Реализация абсурдной на первый взгляд идеи и явилась основанием для разработки метода мозговой атаки (цит. по ).
А.Ф. Осборн, создавая метод, основывался на том, что у одних людей ярче выражены способности к выдвижению идей, а у других - к их анализу, критическому осмыслению. Чтобы они, выполняя работу совместно, не мешали друг другу, было предложено разделить участников поиска решения технической задачи на две группы, например, «фантазеров» и «критиков» («генераторов идей» и «аналитиков»).
В задачу «фантазеров» входит только выдвижение идей. Обстановка должна быть доброжелательной, способствующей смелому предложению любых идей. При этом запрещена не только словесная критика, но и любые жесты, иронические улыбки и т.п. В составе «фантазеров» (5 - 10 чел.) должны быть люди разных специальностей с различным уровнем образования, квалификации, могущие за короткое время (от 15 мин до 1 ч) предложить несколько десятков идей. При этом должны учитываться не только самостоятельные новые идеи, но и попытки усовершенствовать или комбинировать только что предложенные. Несомненно, что в группе должен быть руководитель, способный в ходе коллективной мозговой атаки обеспечивать широкий разброс мнений и умеющий незаметно поворачивать процесс генерирования идей в нужное русло. На предварительном этапе организатор обеспечивает четкую формулировку задачи, а также подбор двух групп участников: «генераторов идей» и «аналитиков». «Мозговой штурм» обычно продолжается 1,5-2 ч.
При решении проблемы обе группы должны дать ответ на вопросы: 1) чем должна завершиться разработка и 2) что препятствует получению желаемого. Функции этих двух групп различаются: «генераторы» должны высказать возможно большее число идей решения, тогда как «аналитики» выделяют из этого потока идеи, перспективные для последующей проработки. Обязательным условием реализации метода является категорический запрет любых суждений относительно генерируемых идей, как благоприятных, так и критических. Иногда откровенно неудачные на первый взгляд идеи приводят к перспективным решениям. Успех «мозгового штурма» чаще всего определяется правильным подбором участников и обеспечением творческой атмосферы при его проведении.
После завершения «штурма» участники коллективно редактируют список наработанных идей. На этом этапе уже возможно «полукритическое» отношение к ним и расширение списка новыми идеями, возникшими в процессе редактирования. Практика показывает высокую эффективность метода: при индивидуальной работе несколько человек за 15-30 мин в сумме предлагают 10-20 идей, тогда как такая же по численности группа, принимающая участие в мозговом штурме, за то же время способна генерировать от 50 до 150 идей.
Выделенные идеи передаются группе экспертов, которые вначале разделяют их на осуществимые и неосуществимые (при данном уровне развития техники), а затем выбирают наиболее приемлемые. При этом ведется тщательный поиск «рационального зерна» в каждой выдвинутой идее.
Метод «мозгового штурма» успешно применяется в области управления, бизнеса, экономики и др. Не утратил он значения и для коллективного решения изобретательских задач в различных областях техники, и в процессе обучения (для тренинга начинающих изобретателей). Существуют много разновидностей мозговой атаки: «массовая мозговая атака», метод «конференции идей» и др.
Родственным этому методу являетсяметод синектики, или «объединения разнородных элементов» , предложенный американским ученым В. Гордоном в 50-х годах XIX в. . Творческие синектические группы (5-7 чел.) создаются из представителей разных профессий или научных дисциплин, людей разного возраста, образования, различной квалификации и т.п. В основе синектики лежит мозговая атака, однако проводится она постоянными группами, которые, овладевая специальными приемами и накапливая опыт, работают более эффективно, чем случайно собранные люди. Организация технического творчества по методу синектики реализуется в 4 этапа:
1. Подбор группы специалистов - «синекторов».
2. Освоение практики использования аналогий при решении различных технических задач.
3. Анализ проблемы и поиск ее решения.
4. Оценка результатов решения проблемы, их оптимизация и реализация.
На первом этапе подбирают группу специалистов в возрасте 25-40 лет, которые на своем жизненном пути хотя бы раз меняли свою профессию. В качестве критериев отбора используются профессия, образование, гибкость мышления, диапазон знаний и практических навыков, контрастность психологических типов личности .
Во время второго этапа формируются в коллективе взаимопонимание, заинтересованность каждого участника в эффективном решении изобретательских задач, создаются предпосылки для «синектического» мышления:
¨ умения отвлечься от частностей, выделять сущность задачи, абстрагироваться от привычного контекста, мысленно удаляться от предмета разработки;
¨ способности управлять процессом развития тривиальных идей;
¨ навыков повышенной терпимости к идеям других людей, готовность учитывать и развивать их;
¨ уверенности в успешном решении проблемы;
¨ умения обнаруживать в обычных явлениях нечто особенное и использовать выявленные оригинальные качества как стартовые для творческого воображения.
Для формирования такого мышления коллектив тренируется в использовании аналогий различных типов :
¨ прямых - разрабатываемый технический объект «синектор» сопоставляет с похожими объектами из различных областей техники и естествознания;
¨ личных - «вживание» в образ объекта, отождествление «синектора» самого себя с каким-либо элементом проблемной ситуации, исследуемым объектом или какой-то его частью, с целью проникнуть в суть его работы;
¨ символических - реализующихся при подборе метафор и сравнений, в которых характеристики одного предмета отождествляются со свойствами других;
¨ фантастических - позволяющих представлять вещи в виде, какими они не являются, но какими «синектор» хотел бы их видеть.
На третьем этапе участники группы:
¨ знакомятся с формулировкой проблемы в той редакции, как ее представляет заказчик;
¨ выявляют очевидные (тривиальные) решения (которые вряд ли позволят создать что-то новое и оригинальное);
¨ ищут аналогии, превращающие необычное в привычное, при этом допускается игнорирование физических законов;
¨ устанавливаются главные трудности и противоречия, препятствующие решению проблемы.
Суть четвертого этапа составляет дискуссия, по итогам которой формулируются интересные идеи, которые доводятся до степени, достаточной для изготовления модели решения.
Вметоде «обратного мозгового штурма» при создании новаторского решения отталкиваются от перечня недостатков анализируемого объекта, который затем должен быть предельно критически рассмотрен. При этом перечень по возможности должен быть максимально полным. Объектом анализа служат конкретные изделия, технологии, их отдельные элементы и т.д. Метод широко используется для решения таких задач, как составление технических заданий на разработку объекта изобретения, проведение экспертизы проектно-конструкторской документации и др. Предметом коллективного обсуждения могут быть: описание анализируемого объекта, анализ его известных недостатков, связанных с изготовлением, эксплуатацией, ремонтом, а также представление об идеальном конечном результате и о нежелательных недостатков.
При подборе участников в группу «генераторов» дополнительно включают специалистов, обеспечивающих весь жизненный цикл объекта. Правила для участников обсуждения те же, что и при прямом «мозговом штурме». Результатом работы является список возможных противоречий и недостатков объекта, отредактированный «аналитиками». Поиск путей устранения недостатков и ограничений осуществляют прямым «мозговым штурмом».
Выявленные недостатки служат основанием для постановки новых изобретательских задач. Поэтапная мозговая атака предусматривает последовательное решение проблемы от постановки задачи до внедрения.
Стратегия семикратного поиска. Сущность этого метода, разработанного Г.Я. Бушем, заключается в последовательном, системном и многократном применении различных таблиц, матриц, диаграмм, схем и т.п. Автор метода исходит из того, что эффективному одновременному рассмотрению, сравнению, изучению человек может подвергнуть до семи предметов, понятий, идей .
В методе различают стратегическую и тактическую части. Стратегия подразделяется на семь стадий:
1) анализ проблемной ситуации, общественных потребностей.
2) анализ функций аналогов и прототипа. Выявление оптимальных условий потребления и эксплуатации. Определение актуальных и главной функций.
3) постановка задачи. Формулировка задачи в общем виде, определение требуемого уровня решения и уровня качества технического объекта.
4) генерирование изобретательских идей, направленных на лучшее выполнение объектом его функционального назначения. Выбор и использование эвристических средств.
5) конкретизация идей (структура, конструкция, форма, материал, операции и их последовательность).
6) оценка альтернативы и выбор рациональных вариантов решения, отбор оптимального варианта.
7) упрощение, развитие и реализация решения.
Тактическая часть метода состоит из практических приемов, применяемых на разных стадиях процесса создания нового технического объекта.
Один из них - прием «семь ключевых вопросов». Как указывает Г.Я. Буш, еще римский оратор Квинтиллиан (I в. н.э.) определил семь вопросов, на которые необходимо ответить, чтобы информация о событии, явлении, процессе, задаче была полной. К ним относятся следующие: кто? что? где? чем? зачем? как? когда? Эти вопросы направлены на получение информации соответственно о субъекте, объекте, месте, средствах, цели, методах и времени, относящихся к рассматриваемому явлению или событию.
Метод ступенчатого подхода основан на системном анализе причин, определяющих цели разработки, и препятствий на пути выработки конкретных решений. Его реализация может быть представлена в виде следующей цепочки действий:
¨ определяется конечная цель решения задачи;
¨ выявляется основание для возникновения потребности в новом решении;
¨ находятся противоречия, которые вызывают необходимость решения задачи;
¨ определение препятствий (или ограничений) на пути устранения выявленных противоречий;
¨ осуществляется поиск возможных средств для преодоления препятствий;
¨ строится модель задачи и проверка правильности решения.
Реализация метода способствует систематизации имеющейся информации и преобразованию найденной идеи в техническое решение.
Метод «матриц открытия» базируется на морфологическом анализе, но ориентирован, главным образом, на систематическое исследование приемлемого числа исполнения создаваемого объекта. По результатам анализа строится таблица, в строках которой записывают выбранные признаки объекта, а в столбцах - эвристические принципы их реализации. На пересечения ряда и столбца в каждую клетку записывают сведения о соответствующих возможных решениях. Реализацию этого метода затрудняет то, что использование в качестве показателей функциональных и конструктивных признаков объекта затрудняет выбор соответствующих эвристических приемов.
Метод функционального изобретательства , т.е., разработка операций реализации технического объекта (физического преобразования, химического превращения и др.) и потребность, которая может быть удовлетворена с помощью этого объекта. Реализация метода может быть представлена как последовательность действий по определению функций отдельных элементов технического решения, выявления основной функции, поиска путей изменения последней, поиска методов реализации вспомогательных функций, которые необходимы для осуществления новой основной функции.
Метод функционального конструирования , предложенный Р. Коллером, основан на полном абстрагировании от конструктивных особенностей объекта. Внимание концентрируется на анализе функций, которые этот объект должен выполнять. При реализации уточняется основная функция объекта, которую представляют в виде совокупности элементарных парных (прямых и обратных) операций (излучение - поглощение, увеличение - уменьшение, соединение - разъединение, объединение - разделение и т.д.). Метод также предусматривает применение математических и логических операций. Выделение элементарных операций позволило осуществлять комбинаторный поиск их возможных носителей для воспроизведения основных функций конструируемых объектов. Метод пригоден при автоматизированном поиске конструкций для реализации новых технических решений .
Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - это комплексная программа, основанная на законах развития технических систем и позволяющая проанализировать исходную задачу, построить ее модель, выявить противоречие, мешающее получению желаемого результата обычными (известными) путями, и найти наиболее эффективный прием разрешения этого противоречия. Сущность АРИЗ описана Г.С. Альтшуллером . Им же предложена классификация изобретательских задач, включающая пять уровней сложности:
1. Задачи, для решения которых достаточно применение средств (устройств, способов, веществ), которые используются по своему назначению. Сам объект не изменяется. В процессе решения достаточен «перебор» нескольких, вполне очевидных вариантов. Задача и средства ее решения обычно относятся к одной узкой сфере деятельности.
2. Задачи, в которых происходят некоторые изменения объекта и имеет место переход к отраслевому масштабу. Количество рассматриваемых вариантов решений возрастает до нескольких десятков.
3. Задачи, в которых предполагается значительное изменение объекта. Принципы решения чаще всего заимствуются из других областей техники.
4. Задачи, в которых объект изменяется полностью, а решения основаны на достижениях фундаментальной науки, прежде всего, в области физических и химических эффектов и явлений.
5. Задачи, в которых происходит изменение всей системы, в которую входит объект. Здесь средства решения чаще всего основаны на обширных экспериментальных данных (результаты сотен тысяч - миллионов опытов, собственных и описанных в литературе). Отправной точкой для решения задач этого уровня могут стать научные открытия. Например, решающее значение для становления передовых информационных технологий имели два открытия, сделанные в XX веке и отмеченные Нобелевскими премиями. Первое из них - лазерно-мазерный принцип, установленный Ч. Таунсом (США) и российскими физиками Н. Басовым и А. Прохоровым. Второе - интегральные схемы и полупроводниковые гетероструктуры для высокоскоростной и оптоэлектроники, разработанные интернациональным коллективом ученых: Д. Килби (США), Г. Кремером (ФРГ) и Ж. Алферовым (РФ) (цит. по ). Эти открытия создали предпосылки как для улучшения действия ранее существующих устройств, так и создания принципиально новых, которые сегодня широко используются в системах спутниковой связи и Интернета, мобильных телефонах и др.
Открытие принципов функционирования природных объектов вооружает изобретателей новыми средствами создания технических решений. Обобщение опыта создания технических решений изобретателями представлено в межотраслевом фонде эвристических приемов . Этот фонд ориентирован на различные области техники и содержит систематизированное обобщенное описание приемов, а также по 2-3 примера решения технических задач, активизирующих техническое творчество на стадии устранения главных недостатков и противоречий прототипа. Структура фонда включает 12 групп эвристических приемов (табл. 1 ).